第23講能量量子化（原卷版）

第23講:能量量子化【考點(diǎn)梳理】考點(diǎn)一、熱輻射能量子1．普朗克的能量子概念(1)能量子：普朗克認(rèn)為微觀世界中帶電粒子的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，當(dāng)帶電粒子輻射或吸收能量時(shí)，也只能以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地吸收或輻射，這樣的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，實(shí)驗(yàn)測(cè)得h×10－34J·s，ν為電磁波的頻率．(2)能量的量子化：在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范圍內(nèi)取值是不連續(xù)的，即相鄰兩個(gè)值之間有一定距離．2．愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，這些能量子被稱(chēng)為光量子，簡(jiǎn)稱(chēng)光子．頻率為ν的光子的能量為ε＝hν.考點(diǎn)二、熱輻射1．概念：一切物體都在輻射電磁波，且輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射．2．特點(diǎn)：溫度升高時(shí)，熱輻射中波長(zhǎng)較短的成分越來(lái)越強(qiáng)．3．黑體：能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射．考點(diǎn)三、能量子1．概念：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某個(gè)最小能量值的整數(shù)倍，這個(gè)最小的能量值ε叫能量子．2．大小：ε＝hν，其中h×10－34J·s.3．愛(ài)因斯坦光子說(shuō)：光是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成，能量大小為hν，光的能量子稱(chēng)作光子．考點(diǎn)四、能級(jí)原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能級(jí)．原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差.【題型歸納】題型一：熱輻射、黑體和黑體輻射1．（2022·高二）下列說(shuō)法正確的是（）A．只有溫度高的物體才會(huì)有熱輻射B．黑體只是從外界吸收能量，從不向外界輻射能量C．黑體可以看起來(lái)很明亮，是因?yàn)楹隗w可以反射電磁波D．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)和表面情況有關(guān)2．（2022·高二單元測(cè)試）關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．黑體不僅能吸收電磁波，也能反射電磁波B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類(lèi)及表面狀況無(wú)關(guān)D．如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體3．（2023秋·高二課時(shí)練習(xí)）關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，輻射強(qiáng)度極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)C．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元D．如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體題型二：黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律4．（2023春·河南·高二校聯(lián)考期中）如圖是一種工業(yè)用的輻射式溫度計(jì)，是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)的，通過(guò)檢測(cè)物體輻射強(qiáng)度，推知物體的輻射溫度。如果被測(cè)物體的溫度升高了，關(guān)于物體的輻射強(qiáng)度以及輻射強(qiáng)度的極大值移動(dòng)方向，正確的是（）A．輻射強(qiáng)度增大，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)B．輻射強(qiáng)度增大，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)C．輻射強(qiáng)度減小，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)D．輻射強(qiáng)度減小，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)5．（2023·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí)）某氣體在、兩種不同溫度下的分子速率分布圖像如圖甲所示，縱坐標(biāo)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，橫坐標(biāo)表示分子的速率；而黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖乙所示，圖乙中畫(huà)出了、兩種不同溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是（）A．圖甲中>，圖乙中> B．圖甲中<，圖乙中<C．圖甲中<，圖乙中> D．圖甲中>，圖乙中<6．（2022春·黑龍江哈爾濱·高二校考期中）某氣體在T1、T2兩種不同溫度下的分子速率分布圖象如圖甲所示，縱坐標(biāo)f（v）表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，橫坐標(biāo)v表示分子的速率；而黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖乙所示，圖乙中畫(huà)出了T1、T2兩種不同溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系。下列說(shuō)法正確的是（）A．圖甲中T1>T2，圖乙中T1>T2B．圖乙中溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng)C．圖甲中溫度升高，所有分子的速率都增大D．圖乙中黑體輻射電磁波的情況不僅與溫度有關(guān)，還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)題型三：能量子的理解7．（2023秋·江蘇宿遷·高二泗陽(yáng)縣實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué)?？茧A段練習(xí)）下列關(guān)于能量量子化說(shuō)法正確的是（）A．愛(ài)因斯坦最早提出了能量量子化假說(shuō) B．普朗克認(rèn)為微觀粒子能量是連續(xù)的C．頻率為v的光的能量子為hv D．電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越大8．（2022秋·江西吉安·高二江西省遂川中學(xué)校聯(lián)考期中）2022年5月5日，我國(guó)成功利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了地球上1200公里間的量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸，這次實(shí)驗(yàn)的成功，意味著我國(guó)在量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)領(lǐng)域向前邁出了重要的一步。下列關(guān)于量子化的說(shuō)法正確的是（

）A．愛(ài)因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物體的長(zhǎng)度是量子化的C．對(duì)于宏觀帶電物體，其電荷量是量子化的 D．能量子與電磁波的頻率成反比9．（2022秋·江西贛州·高二贛州市贛縣第三中學(xué)校考階段練習(xí)）以下關(guān)于光子的說(shuō)法正確的是（）A．光子的能量跟它的頻率無(wú)關(guān)B．紫光光子的能量比紅光光子的能量小C．光子是具有質(zhì)量、能量和體積的實(shí)物微粒D．在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子題型四：能量子的的計(jì)算公式應(yīng)用10．（2023·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí)）由中國(guó)健康發(fā)展研究中心發(fā)布《國(guó)民視覺(jué)健康報(bào)告》白皮書(shū)顯示，我國(guó)學(xué)生的近視患病率在逐年增加。課業(yè)負(fù)擔(dān)重、沉迷電子產(chǎn)品已成為影響青少年視力的兩大“殺手”?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)采用激光“焊接”視網(wǎng)膜技術(shù)來(lái)治療近視，所用激光的波長(zhǎng)。已知普朗克常量，光在真空中傳播速度，則該激光中每個(gè)光子的能量為（）A． B． C． D．11．（2022春·內(nèi)蒙古通遼·高二開(kāi)魯縣第一中學(xué)校考階段練習(xí)）蛇是老鼠的天敵，它是通過(guò)接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫為37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為，根據(jù)熱輻射理論，與輻射源的絕對(duì)溫度的關(guān)系近似為，普朗克常量。那么老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)和老鼠發(fā)出的這種最強(qiáng)的熱輻射每份能量子（又叫作光子）的能量分別是（）A．

B．

C．

D．

12．（2022秋·河南鶴壁·高二鶴壁高中?？茧A段練習(xí)）科學(xué)家設(shè)想在未來(lái)的宇航事業(yè)中利用太陽(yáng)帆來(lái)加速星際飛船．設(shè)某飛船所在地每秒每單位面積接收的光子數(shù)為n，光子平均波長(zhǎng)為，太陽(yáng)帆板面積為S，反射率為100%，光子動(dòng)量．設(shè)太陽(yáng)光垂直射到太陽(yáng)帆板上，飛船總質(zhì)量為m，則飛船加速度的表達(dá)式為（

）A． B． C． D．【雙基達(dá)標(biāo)】一：?jiǎn)芜x題13．（2023秋·浙江杭州·高二校聯(lián)考期末）在能量量子化研究的歷程中，以下說(shuō)法中正確的是（）A．黑體即不反射電磁波，也不向外輻射電磁波B．一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度無(wú)關(guān)C．類(lèi)似于能量的量子化，任何物體的帶電量也是“量子化”的D．麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論，并用實(shí)驗(yàn)捕捉到了電磁波14．（2023秋·安徽黃山·高二統(tǒng)考期末）關(guān)于物理學(xué)史，下列說(shuō)法正確的是（）A．庫(kù)侖不僅提出了場(chǎng)的概念，而且直觀地描繪了場(chǎng)的清晰圖像B．赫茲通過(guò)測(cè)量證明在真空中，電磁波具有與光相同的速度C．麥克斯韋第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在D．愛(ài)因斯坦首先提出當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是以最小能量值為單位一份份地輻射或吸收的，這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子15．（2023秋·河南鄭州·高二統(tǒng)考期末）下列關(guān)于電磁波、能量子和熱輻射的說(shuō)法正確的是（）A．在真空中，頻率越高的電磁波傳播速度越大B．麥克斯韋提出變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)C．頻率越高的電磁波傳播的能量子的能量越低D．高溫物體會(huì)發(fā)生熱輻射，低溫物體不會(huì)熱輻射16．（2023·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí)）對(duì)宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀的研究被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)。關(guān)于黑體輻射，下列說(shuō)法正確的是（）A．溫度低于0℃的物體不會(huì)輻射電磁波B．黑體不會(huì)輻射電磁波C．愛(ài)因斯坦提出的能量子假說(shuō)，能夠很好地解釋黑體輻射規(guī)律D．黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍17．（2023秋·遼寧錦州·高二渤海大學(xué)附屬高級(jí)中學(xué)?？计谀┫铝姓f(shuō)法正確的是（）A．磁感線總是從磁體的北極出發(fā)，終止于磁體的南極B．赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)捕捉到了電磁波，證實(shí)了麥克斯韋的電磁理論C．微觀世界的某些極少數(shù)帶電微粒的能量的變化可以是連續(xù)的D．一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場(chǎng)力，該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零18．（2022秋·遼寧鞍山·高二岫巖高中?？计谥校╆P(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象、電磁波、能量量子化，下列說(shuō)法正確的是（）A．閉合導(dǎo)線的一部分在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流B．赫茲首次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，做變速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)在空間產(chǎn)生電磁波C．電磁鐵的原理是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的，麥克風(fēng)是電流的磁效應(yīng)D．愛(ài)因斯坦為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，第一次提出了能量量子化理論19．（2022·高二課時(shí)練習(xí)）紅外線熱像儀可以監(jiān)測(cè)人的體溫，當(dāng)被測(cè)者從儀器前走過(guò)時(shí)，便可知道被測(cè)者的體溫是多少。關(guān)于紅外線熱像儀測(cè)體溫的原理，下列說(shuō)法正確的是（）A．人的體溫會(huì)影響周?chē)諝鉁囟?，儀器通過(guò)測(cè)量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射情況與被測(cè)者的體溫有關(guān)C．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，所輻射紅外線的強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)，且較短波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度大D．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，所輻射紅外線的強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)，且較長(zhǎng)波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度大20．（2022春·福建寧德·高二期末）第五代移動(dòng)通信技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)，將開(kāi)啟萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代：車(chē)聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、自動(dòng)駕駛技術(shù)等將逐一實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用頻段的無(wú)線電波傳送信號(hào)，相比于現(xiàn)有的（頻段）而言，所應(yīng)用的無(wú)線電波（）A．在真空中的波長(zhǎng)更長(zhǎng) B．在真空中的波長(zhǎng)更短C．在真空中的傳播速度更小 D．在真空中的傳播速度更大21．（2023秋·高二課時(shí)練習(xí)）某裝置是高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2400J、波長(zhǎng)λ為0.35μm的紫外激光，已知普朗克常量，光速，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少個(gè)？（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）22．（2021·高二單元測(cè)試）經(jīng)測(cè)量，人體表面輻射本領(lǐng)的最大值落在波長(zhǎng)為940μm處，根據(jù)電磁輻射的理論得出，物體最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng)與物體的絕對(duì)溫度的關(guān)系近似為T(mén)λm=2.90×101mK，由此估算人體表面的溫度和輻射的能量子的值各是多少？(h=6.63×1034J·s)【高分突破】一、單選題23．（2022·高二單元測(cè)試）關(guān)于黑體輻射圖像如圖所示，下列判斷正確的是（）A．T1>T2>T3>T4B．T1<T2<T3<T4C．T1=T2=T3=T4D．測(cè)量某黑體任一波長(zhǎng)的光的輻射強(qiáng)度可以得知其溫度24．（2022秋·湖南常德·高二漢壽縣第一中學(xué)?？茧A段練習(xí)）如圖所示為黑體輻射的規(guī)律，由此圖象得到下列結(jié)論正確的是（）A．隨著溫度的降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增大B．隨著溫度的降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)D．黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)25．（2023春·湖北武漢·高二武漢中學(xué)校考階段練習(xí)）關(guān)于黑體與黑體輻射，下列說(shuō)法正確的是（

）A．一般物體輻射電磁波的情況與溫度無(wú)關(guān)，只與材料的種類(lèi)及表面情況有關(guān)B．黑體能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，所以看起來(lái)是黑色的C．隨著溫度的升高，黑體輻射電磁波的輻射強(qiáng)度將會(huì)增加D．黑體輻射隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)26．（2022秋·江蘇泰州·高二統(tǒng)考期末）2020年12月我國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺(tái)76個(gè)光子100個(gè)模式的量子計(jì)算機(jī)“九章”，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬(wàn)億倍。下列關(guān)于能量子的說(shuō)法中正確的是（）A．能量子假設(shè)是由愛(ài)因斯坦最早提出來(lái)的 B．能量子表示微觀世界的不連續(xù)性觀念C．電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子的能量越大 D．能量子是類(lèi)似于質(zhì)子、中子的微觀粒子27．（2023秋·高二課時(shí)練習(xí)）關(guān)于能量量子化，下列說(shuō)法正確的是（）A．能量子假設(shè)最早是由愛(ài)因斯坦提出來(lái)的B．微觀粒子的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越大D．能量子假說(shuō)與宏觀世界中對(duì)能量的認(rèn)識(shí)相矛盾，因而它一定是錯(cuò)誤的觀點(diǎn)28．（2021秋·江蘇蘇州·高二常熟中學(xué)校考階段練習(xí)）下列關(guān)于熱輻射和黑體輻射的說(shuō)法不正確的是（）A．一切物體都在輻射電磁波B．黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波C．黑體輻射強(qiáng)度的極大值跟溫度無(wú)關(guān)D．一般物體輻射電磁波的強(qiáng)度與溫度有關(guān)29．（2021·高二課時(shí)練習(xí)）硅光電池是將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能。若有個(gè)波長(zhǎng)為的光子打在硅光電池極板上，這些光子的總能量為為普朗克常量，為真空中的光速（）A． B． C． D．二、多選題30．（2023·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí)）下列關(guān)于能量量子化的說(shuō)法正確的是（）A．能量子假說(shuō)是由愛(ài)因斯坦最早提出來(lái)的B．能量子與電磁波的頻率成正比C．帶電微粒輻射和吸收能量時(shí)是一份一份不連續(xù)的D．電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越大31．（2023·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí)）關(guān)于普朗克“能量量子化”的假設(shè)，下列說(shuō)法正確的是（）A．認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是一份一份的B．認(rèn)為能量值是連續(xù)的C．認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D．認(rèn)為微觀粒子的能量是分立的32．（2022春·北京海淀·高二清華附中?？计谀┯嘘P(guān)量子理論及相關(guān)現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是（）A．能量量子化的觀點(diǎn)是普朗克首先提出的B．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，遏止電壓與入射光的頻率成正比C．一群處于激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，最多能輻射出6種頻率的光子D．射線、射線、射線都是波長(zhǎng)極短的電磁波33．（2023秋·河南鄭州·高二?？茧A段練習(xí)）1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時(shí)提出了一個(gè)大膽的假說(shuō)，即能量子假說(shuō)，下列說(shuō)法屬于能量子假說(shuō)內(nèi)容的是（）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．能量子假說(shuō)中將每一份能量單位，稱(chēng)為“能量子”C．能量子假說(shuō)中的能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量D．能量子假說(shuō)認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的34．（2023·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí)）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知（）A．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加B．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)C．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加D．隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向頻率較高的方向移動(dòng)35．（2021秋·福建廈門(mén)·高二廈門(mén)一中?？计谥校┮韵抡f(shuō)法中正確的是（）A．麥克斯韋提出了電磁場(chǎng)理論，預(yù)言了電磁波并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在B．根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，只要有變化的電場(chǎng)，就可以形成電磁波C．普朗克最早提出量子假說(shuō)，開(kāi)創(chuàng)了量子理論的新時(shí)代D．量子假說(shuō)認(rèn)為，物質(zhì)輻射（或吸收）的能量只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍36．（2023春·甘肅張掖·高二高臺(tái)縣第一中學(xué)校